Faza S: Co się dzieje podczas tej podfazy cyklu komórkowego?

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak Twoje ciało rośnie lub jak leczy kontuzję? Krótka odpowiedź brzmi podział komórek.

Prawdopodobnie nie jest niespodzianką, że ten ważny proces biologii komórki jest wysoce regulowany – i dlatego obejmuje wiele etapów. Jednym z tych ważnych kroków jest Faza S cyklu komórkowego.

cykl komórkowy – czasami nazywany cyklem podziału komórki – obejmuje etapy a komórka eukariotyczna musi zakończyć się, aby podzielić i wytworzyć nowe komórki. Kiedy komórka się dzieli, naukowcy nazywają pierwotną komórkę komórka macierzysta a komórki wytworzone przez podział komórki potomne.

Mitoza i interfaza to dwie podstawowe części składające się na cykl komórkowy. Mitoza (czasami nazywana fazą M) to część cyklu, w której zachodzi rzeczywisty podział komórek. Międzyfaza to czas między podziałami, kiedy komórka wykonuje pracę przygotowującą do podziału, taką jak wzrost i replikacja swojego DNA.

Czas potrzebny do zakończenia cyklu komórkowego zależy od typu komórki i warunków. Na przykład, większość ludzkich komórek potrzebuje pełnych 24 godzin na podział, ale niektóre komórki szybko ulegają cyklom i dzielą się znacznie szybciej.

Naukowcy, którzy hodują komórki wyściełające jelita w laboratorium, czasami widzą, jak komórki te kończą cykl komórkowy co dziewięć do dziesięciu godzin!

Część międzyfazowa cyklu komórkowego jest znacznie dłuższa niż część mitozy. Ma to sens, ponieważ nowa komórka musi wchłonąć składniki odżywcze, których potrzebuje, aby rosnąć i replikować swoje DNA i inne ważne mechanizmy komórkowe, zanim stanie się komórką macierzystą i podzieli się przez mitozę.

Część międzyfazowa cyklu komórkowego obejmuje podfazy zwane Przerwa 1 (Faza G1), Synteza (Faza S) i Przerwa 2 (Faza G2).

Cykl komórkowy to okrąg, ale niektóre komórki tymczasowo lub na stałe opuszczają cykl komórkowy przez Faza przerwy 0 (G0). W tej podfazie komórka zużywa energię wykonując wszystkie zadania, które normalnie wykonuje typ komórki, zamiast dzielić się lub przygotowywać do podziału.

Podczas podfaz G1 i G2 komórka powiększa się, replikuje swoje organelle i przygotowuje się do podziału na komórki potomne. Faza S jest Synteza DNA faza. Podczas tej części cyklu komórkowego komórka replikuje cały swój dopełniacz DNA.

Tworzy również centrosom, które jest centrum organizującym mikrotubule, które ostatecznie pomoże komórce rozerwać DNA, które zostanie podzielone między komórki potomne.

Faza S jest ważna ze względu na to, co dzieje się podczas tej części cyklu komórkowego, a także ze względu na to, co reprezentuje.

Wejście w fazę S (przejście przez przejście G1/S) jest głównym punktem kontrolnym w cyklu komórkowym, czasami nazywanym punkt ograniczenia. Możesz myśleć o tym jako o punkcie bez powrotu dla komórki, ponieważ jest to ostatnia okazja, aby komórka się zatrzymała proliferacja komóreklub wzrost komórek poprzez podział komórek. Gdy komórka wejdzie w fazę S, jej przeznaczeniem jest całkowity podział komórki, bez względu na wszystko.

Ponieważ faza S jest głównym punktem kontrolnym, komórka musi ściśle regulować tę część cyklu komórkowego za pomocą genów i produktów genów, takich jak białka.

Aby to zrobić, komórka polega na utrzymaniu równowagi między geny proproliferacyjne, które skłaniają komórkę do podziału i geny supresorowe guza, które hamują proliferację komórek. Niektóre ważne białka supresorowe guza (kodowane przez geny supresorowe guza) obejmują: p53, p21, Chk1/2 i pRb.

Główną pracą fazy S cyklu komórkowego jest replikacja całości uzupełnienie DNA. W tym celu komórka aktywuje kompleksy przedreplikacyjne, aby źródła replikacji. Są to po prostu obszary DNA, w których rozpocznie się replikacja.

Podczas gdy prosty organizm, taki jak jednokomórkowy protista, może mieć tylko jedno źródło replikacji, bardziej złożone organizmy mają o wiele więcej. Na przykład organizm drożdży może mieć do 400 miejsc rozpoczęcia replikacji, podczas gdy komórka ludzka może mieć 60 000 miejsc rozpoczęcia replikacji.

Komórki ludzkie wymagają tak dużej liczby źródeł replikacji, ponieważ ludzkie DNA jest tak długie. Naukowcy wiedzą, że replikacja DNA maszyny mogą kopiować tylko około 20 do 100 zasad na sekundę, co oznacza, że ​​pojedynczy chromosom wymagałby około 2000 godzin na replikację przy użyciu pojedynczego miejsca startu replikacji.

Dzięki uaktualnieniu do 60 000 miejsc replikacji komórki ludzkie mogą zamiast tego ukończyć fazę S w około ośmiu godzin.

W miejscach początkowych replikacji replikacja DNA opiera się na enzymie zwanym helikaza. Ten enzym rozwija dwuniciową helisę DNA – coś w rodzaju rozpinania zamka błyskawicznego. Po rozwinięciu każda z dwóch nici stanie się matrycą do syntezy nowych nici przeznaczonych dla komórek potomnych.

Faktyczna budowa nowych nici skopiowanego DNA wymaga innego enzymu, polimeraza DNA. Bazy (lub nukleotydy), które zawierają nić DNA, muszą być zgodne z komplementarna zasada parowania zasad. Wymaga to od nich wiązania się zawsze w określony sposób: adenina z tyminą, cytozyna z guaniną. Wykorzystując ten wzór, enzym buduje nową nić, która doskonale łączy się z szablonem.

Podobnie jak oryginalna helisa DNA, nowo zsyntetyzowany DNA jest bardzo długi i wymaga starannego pakowania, aby pasował do jądra. W tym celu komórka wytwarza białka zwane histony. Te histony działają jak szpule, wokół których owija się DNA, podobnie jak nitka na wrzecionie. DNA i histony tworzą razem kompleksy zwane nukleosomy.

Oczywiście ważne jest, aby nowo zsyntetyzowane DNA idealnie pasowało do matrycy, tworząc dwuniciową helisę DNA identyczną z oryginałem. Tak jak prawdopodobnie robisz to podczas pisania eseju lub rozwiązywania problemów matematycznych, komórka musi sprawdzić swoją pracę, aby uniknąć błędów.

Jest to ważne, ponieważ DNA ostatecznie koduje białka i inne ważne other biomolekuły. Nawet pojedynczy usunięty lub zmieniony nukleotyd może stanowić różnicę między funkcjonalnym produkt genetyczny i taki, który nie działa. To uszkodzenie DNA jest jedną z przyczyn wielu ludzkich chorób.

Istnieją trzy główne punkty kontrolne sprawdzania nowo zreplikowanego DNA. Pierwszy to punkt kontrolny replikacji w miejscu replikacji widelce. Te widelce to po prostu miejsca, w których DNA się rozpina, a polimeraza DNA buduje nowe nici.

Podczas dodawania nowych zasad enzym sprawdza również swoją pracę, gdy przemieszcza się w dół nici. miejsce aktywne egzonukleazy na enzymie może edytować wszelkie nukleotydy dodane do nici błędnie, zapobiegając błędom w czasie rzeczywistym podczas syntezy DNA.

Pozostałe punkty kontrolne – zwane Punkt kontrolny S-M i punkt kontrolny fazy intra-S – umożliwić komórce przegląd nowo zsyntetyzowanego DNA pod kątem błędów, które wystąpiły podczas replikacji DNA. Jeśli zostaną znalezione błędy, cykl komórkowy zatrzyma się, gdy kinaza enzymy mobilizują się do miejsca, aby naprawić błędy.

Punkty kontrolne cyklu komórkowego mają kluczowe znaczenie dla wytwarzania zdrowych, funkcjonalnych komórek. Nieskorygowane błędy lub uszkodzenia mogą powodować choroby u ludzi, w tym raka. Jeżeli błędy lub uszkodzenia są poważne lub nienaprawialne, ogniwo może ulec apoptozalub zaprogramowana śmierć komórki. To zasadniczo zabija komórkę, zanim może spowodować poważne problemy w twoim ciele.